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1、第11章章现代代机械设设计方法法机械设计计是生产产机械产产品的第第一道工工序，设设计质量量的高低低，直接接影响机机械产品品的技术术水平和和经济效效果，因因此，设设计的过过程是设设计评评价再再设计的的反复过过程。传传统的机机械设计计方法，是是以实践践经验为为基础，依依据力学学和数学学建立的的理论公公式和经经验公式式，运用用数表、图图形和手手册等技技术资料料，进行行方案拟拟定、设设计计算算、绘图图和编写写设计说说明书。而现代设设计是以以产品为为总目标标的一系系列种类类繁多的的现代设设计法和和技术的的综合运运用。生生产技术术的需要要和先进进设计手手段的出出现，必必须促进进设计领领域的改改革和发发展，
2、对对于机械械设计来来说几乎乎是更新新换代，传传统的常常规设计计方法受受到很大大冲击，用用科学的的设计方方法代替替经验的的、类比比的设计计方法已已势在必必行。缩缩短设计计周期、提提高设计计质量、发发展设计计理论、改改进设计计技术及及方法已已成为当当前机械械设计的的必然趋趋势。11.11计算机机辅助设设计由于计算算机具有有运算速速度快、数数据处理理准确、存存储量大大和具有有逻辑判判断功能能等特点点，因此此，它已已经成为为现代工工程设计计中分析析、计算算、综合合、决策策、数据据处理、图图形处理理和与各各种现代代设计法法结构的的不可替替代的重重要工具具。这种种人机交交互式的的设计方方法，就就是计算算机
3、辅助助设计CCAD（CCompputeer AAideed DDesiign）。产品的生生产分设设计与制制造两大大部分，设设计过程程中除了了需求分分析及可可行性研研究与分分析这两两个环节节很难用用计算机机实现外外，其余余从概念念设计到到设计结结果都可可用计算算机实现现，从而而构成了了CADD过程。制制造过程程是指从从工艺过过程设计计开始，经经产品装装配直到到进入市市场为止止。在这这个过程程中，工工艺设计计以及采采用数控控机床时时的加工工编程等等，从工工艺过程程设计到到装配的的一系列列环节同同样也可可以用计计算机实实现，由由此构成成了广义义的CAAM过程程。在CCAM过过程中主主要包括括两个软软
4、件，一一类叫计计算机辅辅助工艺艺规程设设计（CCAPPP：Coompuuterr Aiiderr Prroesss PPlannninng），另另一类叫叫数据编编程（NNCP：NCProograammiing）。这这两个过过程的计计算机化化促进了了设计与与制造自自动化的的程度。自自动化程程度的进进一步提提高是有有赖于这这两个过过程的进进一步集集成，并并由此奠奠定了现现代计算算机集成成制造系系统（CCIMSS：Coompuuterr Innteggratted Mannufaactuurinng SSysttem）的的基础。必须指出出，CAAD不是是完全的的设计自自动化，实实践证明明完全的的设计
5、自自动化是是非常困困难的，为为此曾经经走过弯弯路。CCAD是是将人的的主导性性和与创创造性放放在首要要地位，同时充充分发挥挥计算机机的长处处，使二二者有机机地结合合起来，因因此人机机信息交交流及交交互工作作方式是是CADD系统最最显著的的特点。11.11.1计计算机车车辅助设设计的软软件系统统CAD的的软件系系统包括括系统软软件、支支撑软件件和应用用软件三三个层次次。如图图11-1所示示。1、系统统软件系统软件件与硬件件和操作作系统密密切相关关，用于于对系统统资源的的管理，对对输入和和输出设设备的控控制等。2、支撑撑软件支撑软件件是系统统软件基基础上开开发的满满足用户户共同需需要的通通用软件件
6、或工具具软件，目目前市场场上所见见到的各各种商业业化的CCAD软软件大多多属于支支撑软件件。支撑撑软件主主要用来来实现几几何建模模、绘图图、工程程设计计计算和分分析等功功能。1）集成成化CAAD/CCAM软软件集成化CCAD/CAMM软件支支持在二二维和三三维图形形方式下下进行产产品及其其零件的的定义。如如AuttoCAAD等。但但近年来来随着实实体造型型技术的的日趋完完善，不不少CAAD系统统转向采采用实休休造型技技术来定定义产品品的几何何模型，进进行分析析、数控控加工、输输出工程程图等。目目前较为为成熟的的CADD/CAAM集成成系统包包括：UUG，PPro-Enggineeer,CATT
7、IA,DUCCT,CCADDDS-55等。2）计算算和分析析软件计算和分分析软件件主要用用于解决决工程设设计中的的各种数数值和分分析。包包括：数学计计算软件件，如MMATLLAB、MMATHHCADD等。有限元元分析软软件，如如IDDeass,SAAP-55，ADDINAA，ANNSYSS等。目目前有限限元分析析的理论论和方法法已日趋趋成熟，这这些软件件还包含含了较强强的前、后后处理功功能。优化设设计软件件，如IIBM公公司的OODL、我我国的OOPB2等。3）数据据库管理理系统软软件目前流行行的数据据库管理理软件很很多，如如FoxxProo、Orraclle、AAcceess等等，它们们都属
8、于于关系型型数据库库管理系系统，常常用于商商业和事事物管理理中。适适用于CCAD工工程数据据库的管管理系统统必须是是管理量量大、类类型及关关系很复复杂的数数据，且且信息模模式是动动态的。目目前流行行的数据据库管理理系统很很难满足足上述要要求。因因此，在在设计时时要根据据需要选选择和编编制适用用数据库库和接口口程序。11.11.2工工程数据据处理方方法在机械设设计过程程中，经经常需要要查阅一一些手册册和文献献资料，以以获得有有关的计计算公式式和大量量数据，例例如零部部件的标标准和规规范，材材料的机机械性能能，许用用应力和和各种计计算系数数等经验验数据或或实验曲曲线与图图表。在在传统的的设计方方法
9、中，主主要靠设设计人员员手工查查取，十十分繁琐琐和费时时。鉴于于计算机机具有大大量存储储与迅速速检索的的功能，可可以快速速、精确确无遗漏漏地处理理各种大大小数据据文件，在在现代设设计方法法中，通通常将设设计所需需要的计计算公式式、计算算方法和和过程以以及大量量数据、表表格或线线图以程程序、文文件和数数据库等等方式预预先存入入计算机机的外存存和内存存中，以以便设计计时由计计算机按按照设计计的需要要自动检检索，依依靠计算算机完成成大量繁繁琐的事事务性工工作，使使设计师师有更多多的时间间和精力力从事创创造性设设计。机械设计计过程中中一些常常用数据据表格和和线图在在计算机机中的存存取一般般有三种种处理
10、方方式：（1）将将数据表表格和线线图转化化为程序序存入内内存。（2）将将数据表表格和线线图转化化为文件件存入内内存。（3）将将数据表表格和线线图转化化为数据据结构（数数据相互互关联的的形式）存存入数据据库。相相关处理理方法和和计算程程序可参参阅文献献177、18。11.11.3优优化设计计方法常规的机机械设计计是基于于安全概概念的“合格设设计”各种几几何参数数能够保保证零件件安全就就认为合合格，但但这不一一定是最最优的。近近年来，由由于优化化理论的的发展和和电子计计算机广广泛应用用在机械械设计中中，采用用优化设设计方法法，可以以综合考考虑多方方面的复复杂因素素，在各各种约束束条件的的限制下下，
11、寻求求满足预预定目标标的最优优化方案案和最佳佳参数。这这样，在在缩短设设计周期期的同时时，大大大提高了了设计质质量，有有效地确确保所要要求的技技术经济济指标。通用优化化设计程程序的建建立以及及一些专专用零部部件优化化程序的的研制成成功，以以直接调调用或以以商品形形式提供供给设计计部门应应用。设设计师进进行优化化设计的的主要工工作是建建立数学学模型和和分析优优化结果果，相关关处理方方法和计计算程序序可参阅阅文献17、118。11.22平面连连杆机构构的运动动分析和和机构的的运动模模拟11.22.1. 运动动分析的的目的机构的运运动分析析，就是是根据给给定的原原动件运运动规律律，求出出机构中中其他
12、构构件的运运动，即即求出各各构件的的位置、速速度、加加速度，或或角位置置、角速速度、角角加速等等运动参参数。其其目的在在于研究究评价机机构的运运动及动动力性能能，或求求出某些些构件上上特定点点的轨迹迹，以确确定机构构的行程程或外形形尺寸。要在计算算机上分分析一个个连杆机机构的运运动情况况，必须须首先建建立类似似于式（337）的的数学模模型，在在相应的的支撑软软件系统统中编制制应用程程序，通通过计算算机模拟拟实际运运动状况况，计算算出机构构运动过过程中的的各构件件所占据据的位置置；获取取相关的的运动参参数和机机构工作作特性等等。相关关理论和和计算方方法读者者可参阅阅文献16、117、18。11.
13、22. 22.程序序说明本程序使使用AuutoCCAD的的内部编编程语言言AuttoLIISP编编程。它它的优点点是：（1）AAutooCADD具有宽宽松的运运行环境境和广泛泛的用户户群体；有丰富富的应用用软件供供用户参参考和使使用；应应用软件件可以直直接在AAutooCADD的图形形编辑状状态下运运行。产产生符合合机械制制图规范范的图形形或图形形文件。（2）具具有强大大的图形形调用和和编辑功功能，各各种指令令既可以以直接键键入，又又可以用用菜单选选择。（3）输输入数据据方便。当当需要输输入一个个点时，既既可以直直接键入入点的坐坐标，也也可以用用光标给给出位置置，还可可以利用用AuttoCAA
14、D对光光标的约约束功能能，捕捉捉已有实实体上的的特殊点点；当需需要输入入一个值值时，既既可直接接键入一一个值，也也可通过过橡皮筋筋的长度度给出。（4）随随时可用用AuttoCAAD的原原有命令令对已生生成图形形进行修修改和完完善。（5）由由于AuutoLLISPP具有文文件操作作功能，因因此可以以将图形形的几何何或非几几何信息息写入文文件，传传递给后后读的CCAPPP/CAAM，也也可以读读取其他他外部程程序生成成的数据据文件，作作为结构构设计的的图形数数据。限于篇幅幅，本章章只列举举出程序序的使用用和分析析结果，以以满足教教学使用用要求。源源程序及及安装说说明可通通过网址址：m/zhhang
15、g daan wwen/下载。11.22. 33.模拟拟结果及及分析图112为曲曲柄摇杆杆机构的的运动模模拟结果果。图11122（a）为为用户在在AuttoCAAD环境境下，通通过人机机交互输输入方式式输入铰铰链点AA，B，CC，D位位置坐标标后，程程序自动动生成的的机构简简图并按按运动参参数动态态模拟机机构运动动。图11122（b）是是根据机机构运动动绘制的的摇杆33的摆角角、角速速度3、以及及传动角角随曲柄柄转动一一个周期期（2）的变变化规律律。从模拟结结果可以以得到以以下结论论：（1）（）曲线线反映摇摇杆的摆摆动范围围；max所对应应的横坐坐标可以以确定曲曲柄的极极位夹角角和机构构的行程
16、程速度比比系数1.33。（2）在在（）曲线线中传动动角的变变化幅度度为（1128588），通通过多方方案优化化，可以以改变摇摇杆工作作行程的的平均传传动角水水平，有有利于机机构的动动力特性性。（3）机机构的运运动特性性主要反反映摇杆杆的角速速度3、角加加速度3的变化化，通过过调整几几何参数数，可获获得不同同的运动动特性。图113为铰铰链一滑滑块机构构及其模模拟运动动结果，导导杆EFF为运动动输出构构件，行行程速比比系数1.88。图114所示示的是初初步设计计的惯性性筛机构构（详见见图33（bb），采采用曲柄柄摇杆机机构作机机构的主主体，当当主动曲曲柄ABB等速回回转时，从从动摇杆杆CD作作摆动
17、，从从而使筛筛体E有有较大变变化的加加速度，利利用此加加速度产产生的惯惯力使被被筛材料料达到理理想的筛筛分效果果。图115是改改进的惯惯性筛机机构，利利用双曲曲柄机构构作机构构的主体体，通过过运动模模拟，其其加速度度曲线变变化明显显，可产产生更大大的惯性性力，达达到理想想筛分效效果。同同时还可可以确定定筛体EE左右移移动的距距离以便便确定外外形尺寸寸。图116是对对曲柄滑滑块机构构连杆上上D点的的运动轨轨迹模拟拟结果，通通过不同同的机构构组合，可可以获得得复杂运运动轨迹迹，以满满足不同同要求。相相关设计计理论见见文献18、220。11.33带传动动设计举举例11.33.1 程序说说明本程序使使
18、用AuutoCCAD的的内部编编程语言言AuttoLIISP编编程。当当程序加加载后运运行执行行指令，通通过菜单单输入计计算参数数，显示示可行的的设计方方案。通通过对用用户选择择的设计计方案进进行校核核，根据据用户要要求自动动绘制带带轮的零零件图。【例1111】设设计带式式运输机机动装置置中的VV带传动动，电动动机功率率P55.5kkw，转转速N119660r/minn，V带带的传动动比i=3.22，两班班制工作作，要求求传动比比误差不不超过5%。解输入入已知条条件：点点击“设计计计算”按钮，得得到下列列设计结结果（见见表1111）：表11-1BB型带设设计方案案小带带轮直径径/mmm计算项目
19、目125140150160180大轮节圆圆直径/mm带速/s-1带的计算算长度/mm实际中心心距/mmm小带轮包包角/胶带根数数3159.418000547160433510.5520000500155.3340011.3320000554154340012.0020000548154245013.6620000487148211.22. 22、结果果分析由上述结结果可知知，在合合理的带带速范围围内，三三角胶带带的传递递功率随随带速增增加而提提高。为为了充分分发挥带带的传动动能力，在在传动尺尺寸允许许的条件件下，可可以选用用直径的的带轮。同同时，这这样做还还可以减减少胶带带根数，使使传动的的轴
20、向尺尺寸减少少。在本本例中，若若对传动动尺寸的的大小没没有限制制，则取取小带轮轮直径DD1为1600mm较较好。11.44齿轮传传动的优优化设计计11.44.1、设设计变量量齿轮传动动在工业业上的应应用极为为广泛，因因此，齿齿轮及其其减速器器的优化化设计对对提高齿齿轮传动动及其减减速器的的承载能能力、延延长寿命命和减少少其体积积和重量量等方面面具有重重要的技技术价值值和经济济意义。对于给定定齿数uu的一对对直齿圆圆柱齿传传动，当当中心距距不确定定时，其其独立的的参数有有齿数ZZ1（或ZZ2）、齿齿宽系数数d、模数数m以及及变位系系数X11、X22。当中中心距aa给定时时，其独独立参数数有Z11
21、、m以以及变位位系数XX1（或XX2）。11.44.2、目目标函数数齿轮传动动的目标标函数可可以选择择体积最最小或者者传递功功率最大大。（1）齿齿轮传动动的体积积最小。圆圆柱齿轮轮的体积积可以近近似地取取为分度度圆面积积和齿宽宽的乘积积，故齿齿轮传动动装置的的优化目目标函数数为大小小齿轮体体积之和和。（2）齿齿轮传动动传递的的功率最最大。若若以弯曲曲疲劳强强度为限限制条件件，齿轮轮传动设设计理论论得到圆圆柱齿轮轮传动能能传递的的最大功功率为若以接触触疲劳强强度为限限制条件件，圆柱柱齿轮传传动能传传递的最最大功率率为由此，极极小化目目标函数数为11.44.3、约约束条件件齿轮传动动的优化化设计中
22、中，约束束条件包包括：（1）为为防止齿齿面接触触疲劳点点蚀失效效，齿轮轮传动必必须满足足接触疲疲劳强度度条件。（2）为为防止齿齿根弯曲曲疲劳所所折断，齿齿轮传动动必须满满足弯曲曲疲劳强强度条件件。（3）为为防止根根切，对对最小齿齿数的限限制。（4）其其他一些些限制：模数的的要求，齿齿轮直径径的限制制，中心心距的限限制，齿齿宽的限限制。调用“常常用优化化法程序序库OPPB”就能获获得在满满足约束束条件下下，使目目标函数数达到最最小的最最优解。【例111-2】已已知圆锥锥齿轮传传动，输输入功率率P337.226kww，主动动轮转速速n1=6664r/minn,齿数数比u=3.446677,压力力解
23、ann=200，齿轮轮材料为为20MMnVBB，HRRC558，使使用寿命命为2000000h，试试以体积积最小为为目标，对对齿轮传传动进行行优化设设计。建立该齿齿轮传动动的优化化设计数数学模型型，调用用优化方方法程序序库，计计算结果果为表111-22。优化化结果表表明中心心距由原原设计的的1744mm减减小到1157mmm，缩缩短了110%左左右。表11-2齿轮轮优化设设计结果果参数符号号设计方法法齿轮基本本参数MnZ1Z2X1X2d1/mmmd2/mmmb/mmma/mmm原设计51552100.576.116264.0172174优化设计计4175917.440.4880.19968.9
24、98239.4151.88157参数符号号设计方法法强度参数数/MPPaF1F2H原设计351.937712288优化设计计40442413700注：计算算数据来来源于文文献117第11章章现代代机械设设计方法法机械设计计是生产产机械产产品的第第一道工工序，设设计质量量的高低低，直接接影响机机械产品品的技术术水平和和经济效效果，因因此，设设计的过过程是设设计评评价再再设计的的反复过过程。传传统的机机械设计计方法，是是以实践践经验为为基础，依依据力学学和数学学建立的的理论公公式和经经验公式式，运用用数表、图图形和手手册等技技术资料料，进行行方案拟拟定、设设计计算算、绘图图和编写写设计说说明书。而
25、现代设设计是以以产品为为总目标标的一系系列种类类繁多的的现代设设计法和和技术的的综合运运用。生生产技术术的需要要和先进进设计手手段的出出现，必必须促进进设计领领域的改改革和发发展，对对于机械械设计来来说几乎乎是更新新换代，传传统的常常规设计计方法受受到很大大冲击，用用科学的的设计方方法代替替经验的的、类比比的设计计方法已已势在必必行。缩缩短设计计周期、提提高设计计质量、发发展设计计理论、改改进设计计技术及及方法已已成为当当前机械械设计的的必然趋趋势。11.11计算机机辅助设设计由于计算算机具有有运算速速度快、数数据处理理准确、存存储量大大和具有有逻辑判判断功能能等特点点，因此此，它已已经成为为
26、现代工工程设计计中分析析、计算算、综合合、决策策、数据据处理、图图形处理理和与各各种现代代设计法法结构的的不可替替代的重重要工具具。这种种人机交交互式的的设计方方法，就就是计算算机辅助助设计CCAD（CCompputeer AAideed DDesiign）。产品的生生产分设设计与制制造两大大部分，设设计过程程中除了了需求分分析及可可行性研研究与分分析这两两个环节节很难用用计算机机实现外外，其余余从概念念设计到到设计结结果都可可用计算算机实现现，从而而构成了了CADD过程。制制造过程程是指从从工艺过过程设计计开始，经经产品装装配直到到进入市市场为止止。在这这个过程程中，工工艺设计计以及采采用数
27、控控机床时时的加工工编程等等，从工工艺过程程设计到到装配的的一系列列环节同同样也可可以用计计算机实实现，由由此构成成了广义义的CAAM过程程。在CCAM过过程中主主要包括括两个软软件，一一类叫计计算机辅辅助工艺艺规程设设计（CCAPPP：Coompuuterr Aiiderr Prroesss PPlannninng），另另一类叫叫数据编编程（NNCP：NCProograammiing）。这这两个过过程的计计算机化化促进了了设计与与制造自自动化的的程度。自自动化程程度的进进一步提提高是有有赖于这这两个过过程的进进一步集集成，并并由此奠奠定了现现代计算算机集成成制造系系统（CCIMSS：Coom
28、puuterr Innteggratted Mannufaactuurinng SSysttem）的的基础。必须指出出，CAAD不是是完全的的设计自自动化，实实践证明明完全的的设计自自动化是是非常困困难的，为为此曾经经走过弯弯路。CCAD是是将人的的主导性性和与创创造性放放在首要要地位，同时充充分发挥挥计算机机的长处处，使二二者有机机地结合合起来，因因此人机机信息交交流及交交互工作作方式是是CADD系统最最显著的的特点。11.11.1计计算机车车辅助设设计的软软件系统统CAD的的软件系系统包括括系统软软件、支支撑软件件和应用用软件三三个层次次。如图图11-1所示示。1、系统统软件系统软件件与硬
29、件件和操作作系统密密切相关关，用于于对系统统资源的的管理，对对输入和和输出设设备的控控制等。2、支撑撑软件支撑软件件是系统统软件基基础上开开发的满满足用户户共同需需要的通通用软件件或工具具软件，目目前市场场上所见见到的各各种商业业化的CCAD软软件大多多属于支支撑软件件。支撑撑软件主主要用来来实现几几何建模模、绘图图、工程程设计计计算和分分析等功功能。1）集成成化CAAD/CCAM软软件集成化CCAD/CAMM软件支支持在二二维和三三维图形形方式下下进行产产品及其其零件的的定义。如如AuttoCAAD等。但但近年来来随着实实体造型型技术的的日趋完完善，不不少CAAD系统统转向采采用实休休造型技
30、技术来定定义产品品的几何何模型，进进行分析析、数控控加工、输输出工程程图等。目目前较为为成熟的的CADD/CAAM集成成系统包包括：UUG，PPro-Enggineeer,CATTIA,DUCCT,CCADDDS-55等。2）计算算和分析析软件计算和分分析软件件主要用用于解决决工程设设计中的的各种数数值和分分析。包包括：数学计计算软件件，如MMATLLAB、MMATHHCADD等。有限元元分析软软件，如如IDDeass,SAAP-55，ADDINAA，ANNSYSS等。目目前有限限元分析析的理论论和方法法已日趋趋成熟，这这些软件件还包含含了较强强的前、后后处理功功能。优化设设计软件件，如IIB
31、M公公司的OODL、我我国的OOPB2等。3）数据据库管理理系统软软件目前流行行的数据据库管理理软件很很多，如如FoxxProo、Orraclle、AAcceess等等，它们们都属于于关系型型数据库库管理系系统，常常用于商商业和事事物管理理中。适适用于CCAD工工程数据据库的管管理系统统必须是是管理量量大、类类型及关关系很复复杂的数数据，且且信息模模式是动动态的。目目前流行行的数据据库管理理系统很很难满足足上述要要求。因因此，在在设计时时要根据据需要选选择和编编制适用用数据库库和接口口程序。11.11.2工工程数据据处理方方法在机械设设计过程程中，经经常需要要查阅一一些手册册和文献献资料，以以
32、获得有有关的计计算公式式和大量量数据，例例如零部部件的标标准和规规范，材材料的机机械性能能，许用用应力和和各种计计算系数数等经验验数据或或实验曲曲线与图图表。在在传统的的设计方方法中，主主要靠设设计人员员手工查查取，十十分繁琐琐和费时时。鉴于于计算机机具有大大量存储储与迅速速检索的的功能，可可以快速速、精确确无遗漏漏地处理理各种大大小数据据文件，在在现代设设计方法法中，通通常将设设计所需需要的计计算公式式、计算算方法和和过程以以及大量量数据、表表格或线线图以程程序、文文件和数数据库等等方式预预先存入入计算机机的外存存和内存存中，以以便设计计时由计计算机按按照设计计的需要要自动检检索，依依靠计算
33、算机完成成大量繁繁琐的事事务性工工作，使使设计师师有更多多的时间间和精力力从事创创造性设设计。机械设计计过程中中一些常常用数据据表格和和线图在在计算机机中的存存取一般般有三种种处理方方式：（1）将将数据表表格和线线图转化化为程序序存入内内存。（2）将将数据表表格和线线图转化化为文件件存入内内存。（3）将将数据表表格和线线图转化化为数据据结构（数数据相互互关联的的形式）存存入数据据库。相相关处理理方法和和计算程程序可参参阅文献献177、18。11.11.3优优化设计计方法常规的机机械设计计是基于于安全概概念的“合格设设计”各种几几何参数数能够保保证零件件安全就就认为合合格，但但这不一一定是最最优
34、的。近近年来，由由于优化化理论的的发展和和电子计计算机广广泛应用用在机械械设计中中，采用用优化设设计方法法，可以以综合考考虑多方方面的复复杂因素素，在各各种约束束条件的的限制下下，寻求求满足预预定目标标的最优优化方案案和最佳佳参数。这这样，在在缩短设设计周期期的同时时，大大大提高了了设计质质量，有有效地确确保所要要求的技技术经济济指标。通用优化化设计程程序的建建立以及及一些专专用零部部件优化化程序的的研制成成功，以以直接调调用或以以商品形形式提供供给设计计部门应应用。设设计师进进行优化化设计的的主要工工作是建建立数学学模型和和分析优优化结果果，相关关处理方方法和计计算程序序可参阅阅文献17、1
35、18。11.22平面连连杆机构构的运动动分析和和机构的的运动模模拟11.22.1. 运动动分析的的目的机构的运运动分析析，就是是根据给给定的原原动件运运动规律律，求出出机构中中其他构构件的运运动，即即求出各各构件的的位置、速速度、加加速度，或或角位置置、角速速度、角角加速等等运动参参数。其其目的在在于研究究评价机机构的运运动及动动力性能能，或求求出某些些构件上上特定点点的轨迹迹，以确确定机构构的行程程或外形形尺寸。要在计算算机上分分析一个个连杆机机构的运运动情况况，必须须首先建建立类似似于式（337）的的数学模模型，在在相应的的支撑软软件系统统中编制制应用程程序，通通过计算算机模拟拟实际运运动
36、状况况，计算算出机构构运动过过程中的的各构件件所占据据的位置置；获取取相关的的运动参参数和机机构工作作特性等等。相关关理论和和计算方方法读者者可参阅阅文献16、117、18。11.22. 22.程序序说明本程序使使用AuutoCCAD的的内部编编程语言言AuttoLIISP编编程。它它的优点点是：（1）AAutooCADD具有宽宽松的运运行环境境和广泛泛的用户户群体；有丰富富的应用用软件供供用户参参考和使使用；应应用软件件可以直直接在AAutooCADD的图形形编辑状状态下运运行。产产生符合合机械制制图规范范的图形形或图形形文件。（2）具具有强大大的图形形调用和和编辑功功能，各各种指令令既可以
37、以直接键键入，又又可以用用菜单选选择。（3）输输入数据据方便。当当需要输输入一个个点时，既既可以直直接键入入点的坐坐标，也也可以用用光标给给出位置置，还可可以利用用AuttoCAAD对光光标的约约束功能能，捕捉捉已有实实体上的的特殊点点；当需需要输入入一个值值时，既既可直接接键入一一个值，也也可通过过橡皮筋筋的长度度给出。（4）随随时可用用AuttoCAAD的原原有命令令对已生生成图形形进行修修改和完完善。（5）由由于AuutoLLISPP具有文文件操作作功能，因因此可以以将图形形的几何何或非几几何信息息写入文文件，传传递给后后读的CCAPPP/CAAM，也也可以读读取其他他外部程程序生成成的
38、数据据文件，作作为结构构设计的的图形数数据。限于篇幅幅，本章章只列举举出程序序的使用用和分析析结果，以以满足教教学使用用要求。源源程序及及安装说说明可通通过网址址：m/zhhangg daan wwen/下载。11.22. 33.模拟拟结果及及分析图112为曲曲柄摇杆杆机构的的运动模模拟结果果。图11122（a）为为用户在在AuttoCAAD环境境下，通通过人机机交互输输入方式式输入铰铰链点AA，B，CC，D位位置坐标标后，程程序自动动生成的的机构简简图并按按运动参参数动态态模拟机机构运动动。图11122（b）是是根据机机构运动动绘制的的摇杆33的摆角角、角速速度3、以及及传动角角随曲柄柄转动
39、一一个周期期（2）的变变化规律律。从模拟结结果可以以得到以以下结论论：（1）（）曲线线反映摇摇杆的摆摆动范围围；maxx所对应应的横坐坐标可以以确定曲曲柄的极极位夹角角和机构构的行程程速度比比系数1.33。（2）在在（）曲线线中传动动角的变变化幅度度为（1128588），通通过多方方案优化化，可以以改变摇摇杆工作作行程的的平均传传动角水水平，有有利于机机构的动动力特性性。（3）机机构的运运动特性性主要反反映摇杆杆的角速速度3、角加加速度3的变化化，通过过调整几几何参数数，可获获得不同同的运动动特性。图113为铰铰链一滑滑块机构构及其模模拟运动动结果，导导杆EFF为运动动输出构构件，行行程速比比
40、系数1.88。图114所示示的是初初步设计计的惯性性筛机构构（详见见图33（bb），采采用曲柄柄摇杆机机构作机机构的主主体，当当主动曲曲柄ABB等速回回转时，从从动摇杆杆CD作作摆动，从从而使筛筛体E有有较大变变化的加加速度，利利用此加加速度产产生的惯惯力使被被筛材料料达到理理想的筛筛分效果果。图115是改改进的惯惯性筛机机构，利利用双曲曲柄机构构作机构构的主体体，通过过运动模模拟，其其加速度度曲线变变化明显显，可产产生更大大的惯性性力，达达到理想想筛分效效果。同同时还可可以确定定筛体EE左右移移动的距距离以便便确定外外形尺寸寸。图116是对对曲柄滑滑块机构构连杆上上D点的的运动轨轨迹模拟拟结
41、果，通通过不同同的机构构组合，可可以获得得复杂运运动轨迹迹，以满满足不同同要求。相相关设计计理论见见文献18、220。11.33带传动动设计举举例11.33.1 程序说说明本程序使使用AuutoCCAD的的内部编编程语言言AuttoLIISP编编程。当当程序加加载后运运行执行行指令，通通过菜单单输入计计算参数数，显示示可行的的设计方方案。通通过对用用户选择择的设计计方案进进行校核核，根据据用户要要求自动动绘制带带轮的零零件图。【例1111】设设计带式式运输机机动装置置中的VV带传动动，电动动机功率率P55.5kkw，转转速N119660r/minn，V带带的传动动比i=3.22，两班班制工作作
42、，要求求传动比比误差不不超过5%。解输入入已知条条件：点点击“设计计计算”按钮，得得到下列列设计结结果（见见表1111）：表11-1BB型带设设计方案案小带带轮直径径/mmm计算项目目125140150160180大轮节圆圆直径/mm带速/s-1带的计算算长度/mm实际中心心距/mmm小带轮包包角/胶带根数数3159.418000547160433510.5520000500155.3340011.3320000554154340012.0020000548154245013.6620000487148211.22. 22、结果果分析由上述结结果可知知，在合合理的带带速范围围内，三三角胶带带的
43、传递递功率随随带速增增加而提提高。为为了充分分发挥带带的传动动能力，在在传动尺尺寸允许许的条件件下，可可以选用用直径的的带轮。同同时，这这样做还还可以减减少胶带带根数，使使传动的的轴向尺尺寸减少少。在本本例中，若若对传动动尺寸的的大小没没有限制制，则取取小带轮轮直径DD1为1600mm较较好。11.44齿轮传传动的优优化设计计11.44.1、设设计变量量齿轮传动动在工业业上的应应用极为为广泛，因因此，齿齿轮及其其减速器器的优化化设计对对提高齿齿轮传动动及其减减速器的的承载能能力、延延长寿命命和减少少其体积积和重量量等方面面具有重重要的技技术价值值和经济济意义。对于给定定齿数uu的一对对直齿圆圆
44、柱齿传传动，当当中心距距不确定定时，其其独立的的参数有有齿数ZZ1（或ZZ2）、齿齿宽系数数d、模数数m以及及变位系系数X11、X22。当中中心距aa给定时时，其独独立参数数有Z11、m以以及变位位系数XX1（或XX2）。11.44.2、目目标函数数齿轮传动动的目标标函数可可以选择择体积最最小或者者传递功功率最大大。（1）齿齿轮传动动的体积积最小。圆圆柱齿轮轮的体积积可以近近似地取取为分度度圆面积积和齿宽宽的乘积积，故齿齿轮传动动装置的的优化目目标函数数为大小小齿轮体体积之和和。（2）齿齿轮传动动传递的的功率最最大。若若以弯曲曲疲劳强强度为限限制条件件，齿轮轮传动设设计理论论得到圆圆柱齿轮轮传
45、动能能传递的的最大功功率为若以接触触疲劳强强度为限限制条件件，圆柱柱齿轮传传动能传传递的最最大功率率为由此，极极小化目目标函数数为11.44.3、约约束条件件齿轮传动动的优化化设计中中，约束束条件包包括：（1）为为防止齿齿面接触触疲劳点点蚀失效效，齿轮轮传动必必须满足足接触疲疲劳强度度条件。（2）为为防止齿齿根弯曲曲疲劳所所折断，齿齿轮传动动必须满满足弯曲曲疲劳强强度条件件。（3）为为防止根根切，对对最小齿齿数的限限制。（4）其其他一些些限制：模数的的要求，齿齿轮直径径的限制制，中心心距的限限制，齿齿宽的限限制。调用“常常用优化化法程序序库OPPB”就能获获得在满满足约束束条件下下，使目目标函
46、数数达到最最小的最最优解。【例111-2】已已知圆锥锥齿轮传传动，输输入功率率P337.226kww，主动动轮转速速n1=6664r/minn,齿数数比u=3.446677,压力力解ann=200，齿轮轮材料为为20MMnVBB，HRRC558，使使用寿命命为2000000h，试试以体积积最小为为目标，对对齿轮传传动进行行优化设设计。建立该齿齿轮传动动的优化化设计数数学模型型，调用用优化方方法程序序库，计计算结果果为表111-22。优化化结果表表明中心心距由原原设计的的1744mm减减小到1157mmm，缩缩短了110%左左右。表11-2齿轮轮优化设设计结果果参数符号号设计方法法齿轮基本本参数MnZ1Z2X1X2d1/mmmd2/mmmb/mmma/mmm原设计51552